朱艳艳，刘春梅，屈凌波
郑州大学化学学院 河南郑州 450001
摘要：诗词是中华文化的瑰宝，自古受到备受华夏儿女喜爱和关注。本文以诗词排律的形式对所授结构化学的主要内容以及各章节主要知识点进行高度凝练，使学生能在短小精炼的词句愉快地学习掌握相关知识点，效果良好。
关键词：结构化学；诗词；教学辅导
基金项目：本文系郑州大学研究生课程思政重点项目的研究成果。
结构化学是从微观角度探索原子、分子和晶体结构与性能之间关系的一门科学。由于结构化学的知识内容，与初学者对宏观世界的认识有很大差异，使其很容易产生混乱、无助、惶恐、甚至彻底放弃的念头[1-4]。针对结构化学教学中现存的问题，结合作者近几年的教学经验[5,6]，提出采用诗歌的形式总结出结构化学的主要内容以及各章节的重要知识点，希望能帮助学生准确快速掌握重点和难点，为进一步理解结构化学的深刻思想打下良好基础。下面以一首七律代表初学者的心境及本文作者对学生的期许：
昔闻结构入骨寒，难险可比登云端。
未识真颜心戚戚，今见面纱手颤颤。
小生无措莫惶恐，老师有法可坦然。
映雪囊萤功夫深，他日笑傲量子巅。
由于本校制定的结构化学教学大纲内容是选取了北京大学周公度先生和段连运先生编著的《结构化学基础》教材的其中八章内容的主要知识点[7]，故本文的行文思路亦是循着周先生和段先生教材的编排顺序并结合作者多年的教学实践而叙。
一、结构化学内容总叙
假如初学者是在朗朗上口的韵律中结识结构化学，想必或能激发其学习兴趣，消除畏难情绪，为接下来的学习备好心理基础。以高度概括的语言简要介绍结构化学教学大纲中的主要内容，使初学者对结构化学的主要内容有一个大概的印象。首先，我们给出一首总叙“简说结构化学”的诗词排律如下：
初识普朗克，又遇薛定谔。茫然两不知，原来是新客。
能量量子化，光子预新说。波粒不定度，圆满解心惑。
假设有五条，状态看函数。算符寻物理，本征可仿模。
多态可叠加，泡利定e窝。原子有差异，分清单和多。
分子多状况，谨慎防差错。同异含异同，振转莫蹉跎。
对称别样美，点群可确凿。离域伴共轭，休克献绝招。
轨道重前线，玄机易参破。晶体多族系，点阵亦难拨。
衍射定方向，强弱有光消。堆积有疏密，一三须记牢。
离子在静电，形式不深奥。欲寻真精华，君应勤琢磨。
二、各章节内容分叙
由于本校结构化学大纲仅包含八个章节，即量子力学基础知识、原子的结构和性质、双原子分子的结构和性质、多原子分子的结构与性质、分子的对称性、晶体的点阵结构和晶体的性质、金属的结构和性质和离子化合物的结构化学。其中前四章节属于电子结构部分，后四个章节属于空间结构部分。下面分别把这八章的重要知识点各草拟一首诗词排律，以供读者学习结构化学时参考。
1电子结构部分
1.1量子力学基础知识
结构化学的开篇就是量子力学基础知识，主要包含量子力学的提出、能量量子化、波粒二象性、不确定关系、量子力学的基本假设和箱中粒子。以本文作者课堂讲授上述知识点的先后顺序，可用下面的诗词排律作出简要总结：
初入结构大观园，茫然无措启新篇。
首闻能量量子化，微粒竟是二象现。
皆因主客不定度，谨记特征是关键。
假设五条同公理，合格波函有三限。
表达算符找物理，本征方程线代阐。
多家状态可叠加，泡利来定e自旋。
箱中粒子多关注，三维情况一维范。
若遇分子莫惶恐，题解因材循方案。
1.2原子的结构和性质
本部分主要内容包含单电子原子和多电子原子两种体系。读者需要首先准确写出相应体系的薛定谔方程，然后对其求解，进而可得到相关感兴趣的物理性质。书写体系的薛定谔方程是基本要求，其中能量算符——哈密顿算符的正确书写时关键，包含动能和势能两项，其中动能部分较简单，势能部分需要准确判断，单电子原子体系较简单，为原子核与电子间的吸引能，多电子原子体系中的势能包含核与核间的排斥、核与电子间的吸引、电子与电子间的排斥等三项；求解薛定谔方程可得到相应体系的能量本征值和波函数，其中波函数性质是由主量子数n、角量子数l、磁量子数m和在磁场方向的分量ms这四个量子数共同决定的，它们相互之间有一定的联系，n、l、m、ms的异同决定了波函数的具体形式。多电子原子的有效核电荷可由Slater规则给出的屏蔽常数推算出来。原子中电子的填充状态要遵从一定的规则，并且各种能量定义需要清楚明确。最后要能准确书写多电子原子的光谱项，并能根据洪特规则准确快速写出基谱项。由此，本部分主要内容的排律可草拟如下：
原子结构本不难，电子内含多和单。
方程本名薛定谔，爱取(?)提炼乃至关。
波函源自量子数，主角磁数总相关。
图形节面各自像，有规可循放心间。
屏蔽常数斯莱特，有效电荷可推算。
核外电子难相容，能量最低排排站。
轨道结合电离能，亲和电负定义严。
光谱书写耦合先，谱项基态洪特判。
1.3双原子分子的结构和性质
本部分重点内容包含氢分子离子的结构、共价键的本质、分子轨道理论、双原子分子的结构和分子光谱。其中，要求学生熟练掌握氢分子离子体系的薛定谔方程书写，以及近似求解方法—变分法，进而理解共价键的本质。掌握简单分子轨道理论的内容，并熟悉分子轨道的分类和分布特点。双原子分子的结构需要知道同核双原子分子和异核双原子分子的电子排布。分子光谱项要求掌握双原子分子的振动光谱和转动光谱的相关知识点和理论推算。由此，本章主要内容可由下面一首排律来概括：
双核分子不简单，氢素离子是起点。
君须熟谙哈密顿，B-O近似先行官。
攻克方程靠变分，原理章法循规点。
各样积分须记清，线性久期靠熟练。
能量高低由函数，本质理清共价键。
饱和方向是特点，成反非键皆可安。
三条成就AO-MO，相近重叠匹配前。
MO标识各不同，键级磁性出顺反。
光谱公式有繁简，认清特征判振转。
能谱源自光电子，内外相异寻经验。
1.4多原子分子的结构和性质
本章内容相对比较简单，主要内容是处理具有离域共轭效应的多原子分子体系的结构与性质，以及前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理判断双分子反应的反应条件和共轭多烯的电环化反应的条件及可行性，尤其可给出电环化反应能进行的条件是加热还是光照。此外由于离域效应引起的各种特殊性质，链状或环状共轭分子的离域π电子，可得到电荷密度、键级、自由价，进而可画出分子图，计算分子的离域能时需要减去经典定域键的能量。读者也需加以留意。由此，本章主要内容可由下面一首排律来概括：
多核分子非难点，HMO理论是积淀。
链环皆能作宾客，平面共轭大派键。
离域电子贡献大，键能键级自由价。
电荷密度分子图，离域能量扣经典。
π键身段有多样，原子电子多少现。
共轭特性尤明显，键长均匀不由转。
导电颜色酸碱性，活性稳定取代现。
MO理论数前线，对称守恒亦可判。
加成环合循规律，光照加热细心辨。
共价键长与能量，原子半径知概念。
2空间结构部分
空间结构内容的学习方法与电子结构有所不同，电子结构知识点抽象难懂，但空间结构的知识点相对要直观简单很多，需要我们发挥更多的空间想象力，还需要学生具备一定的线性代数基础和群论知识。接下来，我们将对空间结构的四章主要内容进行逐一分析总结并给出相应的诗词排律。
2.1分子的对称性
本部分的重难点内容是理解对称操作和对称元素的基本概念，熟练掌握对称操作的意义、符号表示和矩阵形式，特别是，对称操作包含两种类型，即实操作和虚操作，旋转操作、反映操作和反演操作。此外，三种对称操作中的旋转与反映和反演分别组合会出现新的对称操作，即旋转反映和旋转反演，以及这些对称操作之间多次组合后的结果都要求能准确推导出来。具备准确归属分子点群的能力，分子点群的归属是有规律可循的，按照教材或老师总结出的步骤即可准确快速地判断出分子所属的点群；分子点群可归属为单面群C开头的和双面群D开头的、以及三种高阶群（即T、O和I开头的点群可以根据几何构型判断）。应用分子的对称性对其静态性质进行准确判断。由此，本章主要内容可概括下面一首排律小样儿：
人间随处见对称，结构只是一小众。
对称操作含实虚，旋转反演加反映。
合舞独秀皆优美，她他关系须分清。
凡尘分子归点群，CD高阶出三形。
西恩两族显偶极，西地双恩旋光性。
至熟君须勤习练，百态千姿可轻盈。
本排律“西恩两族显偶极，西地双恩旋光性”两句意指属于Cn和Cnv两种点群的分子有偶极矩，Cn和Dn两种点群的分子具有旋光性。
2.2晶体的点阵结构和晶体的性质
本部分内容是晶体的基础知识占据比重较大，包含很多基本概念需要学生理解和掌握，例如点阵、点阵点、结构基元、晶胞、分数坐标等，7大晶系和14种布拉维格子，代表性的晶体形式，以及晶体结构的测定方法也是重难点。故，本章主要内容知识点的排律相对较长，如下：
晶体天下第一关，周期抽捡点阵先。
结构基元是阵点，晶胞型式仔细掂。
内容原子分数标，寻常晶体勤探看。
金刚石加硫化锌，离子可换是食盐。
宏观旋转和三反，轴次失五记心田。
微观螺旋加滑移，符号标记点变换。
七大晶系十四格，对称高低特征判。
衍射方向与强度，皆因晶胞要素看。
缘定劳埃布拉格，消光原始点阵献。
氯化钠盐最普遍，君须铭记在心间。
本排律中，有些字句需要解释，如“金石硫锌自不言”句中的“金石”是指金刚石，“硫锌”指硫化锌，“言”取“盐”的谐音，此处指氯化钠晶体；“宏观旋转和三反”句意是说晶体的宏观元素和对称操作包含旋转、反映、反演和旋转反演（三反）。
2.3金属的结构和性质
本章内容较少也较易理解，学生需要对金属键的本质和金属的一般性质有所了解，重点掌握等径圆球的几种密堆积形式，以及金属原子半径的计算。故本章主要知识点可总结为下面的诗词排律：
金属结构有特点，电子自由须在先。
高度离域无饱向，导电传热可延展。
最密堆积A一三，立方六方异同点。
体心A二稍稀疏，金刚石君更松散。
金属半径知概念，实际只是近邻半。
不同堆积不同形，君须明了怎相连。
2.4离子化合物的结构化学
本章主要讲解离子化合物的结构化学，涉及离子键的本质、点阵能的计算、离子半径等基本概念，二元离子的若干简单结构型式是重点内容，离子配位多面体及其连接规律，需要会验证电价规则。因此，本章的主要知识点可用排律总结如下：
离子半径找泡利，有效电荷反比算。
堆积可稳源电性，电正离子空中填。
三四八面立最密，半径比例是关键。
离子晶体分若干，萤石硫锌氯铯盐。
钙钛矿石最简方，电价规则常证验。
实例若干记心间，秘籍唯有勤写练。
三、结语
本文以诗的语言形式给出了结构化学的重点和难点内容，选用的字句简单易懂，每一首排律力求旋律合口押韵，容易激发学生学习结构的兴趣，对他们学习理解和整理结构化学的知识点亦有一定的启发和帮助。
参考文献：
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